WO2000070302A1 - Device for detecting or generating optical signals - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a device for detecting optical signals or for generating optical signals by the modulation of optical carriers. Said device comprises the following: elements for generating at least one reference light beam, whose frequency or phase has been shifted and/or modulated or whose timing has been shifted, in relation to the optical signal which is to be detected; elements which allow the optical signal which is to be detected and/or the reference light beam(s) to be aligned in such a way, that they can be used for interference; at least one detector with a demodulator which can detect an amplitude modulation.

Description

Vorrichtung zur Erfassung oder Erzeugung optischer Signale Device for acquiring or generating optical signals
Die Erfindung betrifft Varianten und Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Erfassung optischer Signale beziehungsweise Erzeugung optischer Signale durch Modulation optischer Träger mit Mitteln zur Erzeugung wenigstens eines Referenz- Lichtstrahls, der gegenüber dem zu erfassenden optischen Signal beziehungsweise gegenüber dem zu modulierenden optischen Träger frequenzverschoben und/oder -moduliert oder phasenverschoben und/oder -moduliert und/oder zeitverschoben ist, mit Mitteln, mit denen das zu erfassende optische Signal und/oder der oder die Referenz-Lichtstrahlen derart ausrichtbar sind, daß sie zur Interferenz gebracht werden können, sowie mit mindestens einem Detektor mit Demodulator, durch den eine Amplitudenmodulation nachweisbar ist beziehungsweise mit mindestens einem Koppler, durch den das resultierende Interferenzsignal auskoppelbar ist, wobei mindestens ein wellenlängenabhängiges Element vorgesehen ist, durch das der oder die Winkel der zur Interferenz gebrachten Lichtstrahlen oder die Wellenfront mindestens eines der zur Interferenz gebrachten Lichtstrahlen in Abhängigkeit von der Wellenlänge veränderbar sind. Die Erfindung umfasst weiter verschiedene Verwendungen dieser Vorrichtung sowie Verfahren zur Auswertung des durch die Vorrichtung erzeugten Meßsignals.The invention relates to variants and embodiments of a device for detecting optical signals or generating optical signals by modulating optical carriers with means for generating at least one reference light beam which is frequency-shifted and / or modulated with respect to the optical signal to be detected or with respect to the optical carrier to be modulated or is phase-shifted and / or -modulated and / or time-shifted, by means with which the optical signal to be detected and / or the reference light beam or beams can be aligned such that they can be brought to interference, and with at least one detector Demodulator, by means of which an amplitude modulation can be detected or with at least one coupler, through which the resulting interference signal can be coupled out, at least one wavelength-dependent element being provided, by means of which the angle or angles brought about the interference n light beams or the wavefront of at least one of the light beams brought to interference can be changed as a function of the wavelength. The invention further includes various uses of this device and methods for evaluating the measurement signal generated by the device.
Das Funktionsprinzip einer Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beruht auf der Tatsache, daß die durch den einfallenden Lichtstrahl (zu erfassendes optisches Signal) bzw. durch den ausgekoppelten Lichtstrahl (modulierter optischer Träger) übermittelte Information ausschließlich durch zeitliche Modulation von Amplitude, Wellenlänge oder relativer Phasenlage repräsentiert wird beziehungsweise ausschließlich spektrale Eigenschaften bestimmt werden sollen. Die Einfalls- bzw. Ausfallswinkel der Strahlen tragen keine Information, sondern werden im Gegenteil in der Regel konstant gehalten. Weiterhin tragen die Strahlen keinerlei räumliche Modulation.The principle of operation of an arrangement according to the preamble of claim 1 is based on the fact that the information transmitted by the incident light beam (optical signal to be detected) or by the decoupled light beam (modulated optical carrier) is transmitted exclusively by temporal modulation of amplitude, wavelength or relative Phase position is represented or only spectral properties are to be determined. The angles of incidence or angle of exit of the beams do not carry any information, but on the contrary are usually kept constant. Furthermore, the rays do not carry any spatial modulation.
Die Vorrichtung überträgt die spektralen Eigenschaften des geeignet aufgeweiteten einfallenden Lichtstrahls in den Winkelraum. Die verschiedenen Winkelkomponenten können nun durch Interferenz mit einem geeignet erzeugten Referenzstrahl auf eine räumliche Modulation abgebildet werden, wobei die verschiedenen Winkelkomponenten ein jeweils charakteristisches Interferenzmuster zeigen. Durch ein heterodyne oder quasi-heterodyne Verfahren können zu bestimmten Winkelkomponenten passende Interferenzmuster mit hoher Selektivität und Empfindlichkeit detektiert werden.The device transmits the spectral properties of the suitably widened incident light beam into the angular space. The different angular components can now be mapped onto a spatial modulation by interference with a suitably generated reference beam, the different angular components each showing a characteristic interference pattern. A heterodyne or quasi-heterodyne method can be used to detect interference patterns that match certain angular components with high selectivity and sensitivity.
Im Unterschied zu gewöhnlichen Spektrometem mit dispersiven oder diffraktiven Elementen müssen bei diesem Verfahren die verschiedenen spektralen Komponenten zur Detektion nicht räumlich getrennt werden.In contrast to ordinary spectrometers with dispersive or diffractive elements, the different spectral components for detection do not have to be spatially separated in this method.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist geeignet für Verfahren der Informationsübertragung unter Verwendung eines breitbandigen optischen Trägers, dessen spektrale Eigenschaften und Autokorrelationseigenschaften manipuliert werden können, sowie empfängerseitig für Verfahren zum Nachweis von breitbandigen Trägern anhand von spektralen Signaturen oder Autokorrelationseigenschaften dieser Träger. Durch Modulation der Autokorrelationseigenschaften gemäß einem Signal und entsprechender Demodulation in einem Empfänger ist das Verfahren geeignet zur Übertragung von Signalen.The device according to the invention is suitable for methods of information transmission using a broadband optical carrier, the spectral properties and autocorrelation properties of which can be manipulated, and on the receiver side for methods for the detection of broadband carriers on the basis of spectral signatures or autocorrelation properties this carrier. By modulating the autocorrelation properties according to a signal and corresponding demodulation in a receiver, the method is suitable for the transmission of signals.
Ein besonders interessanter Anwendungsbereich sind optische Mehrkanalnetzwerke, da die Fähigkeit der Empfänger, einen einzelnen Kanal zu selektieren, zu einer wesentlichen Vereinfachung der Verteilerknoten im Netzwerk führt.Optical multichannel networks are a particularly interesting area of application, since the ability of the receivers to select a single channel leads to a significant simplification of the distribution nodes in the network.
Der Nachweis des modulierten oder unmodulierten breitbandigen Trägers selbst ermöglicht verschiedene berührungslose Messverfahren.The detection of the modulated or unmodulated broadband carrier itself enables various non-contact measurement methods.
Nach einer erfindungsgemässen Ausgestaltung der Vorrichtung sind Mittel zur Einstellung der Weglängendifferenz der zur Interferenz gebrachten Teilstrahlen vorgesehen, wodurch eine Selektion der zur Interferenz beitragenden Lichtkomponenten entsprechend ihren Kohärenzeigenschaften durchführbar ist.According to an embodiment of the device according to the invention, means are provided for setting the path length difference of the partial beams brought to interference, whereby a selection of the light components contributing to the interference can be carried out according to their coherence properties.
Die dargestellten interferometrischen Vorrichtungen werden derart ausgeführt oder weitergebildet, daß die optischen Weglängen, unter denen die Teilstrahlen zur Interferenz gebracht werden, über ein durch das oder die dispersiven Elemente eingebrachtes Maß hinaus differieren.The interferometric devices shown are designed or developed in such a way that the optical path lengths under which the partial beams are brought into interference differ by a degree introduced by the dispersive element or elements.
Am Beispiel der in Fig. 1 gezeigten Anordnung lassen sich die Verhältnisse darstellen wie folgt:Using the example of the arrangement shown in FIG. 1, the relationships can be represented as follows:
Die Differenz der optischen Weglängen der zur Interferenz gebrachten Teilstrahlen liegt zwischen 2*dι und 2*d2. Eine Wegstrecke 2*(d2-d-ι) wird vom optischen Gitter für die spektrale Selektion verwendet. Die dieser Differenz entsprechende Kohärenzlänge definiert die spektrale Auflösung der Apparatur. Darüber hinaus wird nur dann ein Interferenzsignal erzeugt, wenn die einfallende Strahlung im Bereich der optischen Weglängendifferenzen zwischen 2*dι und 2*d2 Kohärenzeigenschaften bzw. Autokorrelationseigenschaften zeigt. Bei einer Anwendung im Bereich der optischen Spektroskopie können auf diese Weise selektiv Linienspektren aufgenommen werden. In diesem Fall tragen nur spektral schmalbandige Komponenten der einfallenden Strahlung mit Kohärenzlängen größer als 2*dι zum gemessenen Signal bei.The difference in the optical path lengths of the partial beams brought to interference is between 2 * dι and 2 * d 2 . A distance 2 * (d 2 -d-ι) is used by the optical grating for the spectral selection. The coherence length corresponding to this difference defines the spectral resolution of the apparatus. In addition, an interference signal is only generated if the incident radiation shows coherence properties or autocorrelation properties in the range of the optical path length differences between 2 * d 1 and 2 * d 2 . When used in the field of optical spectroscopy, line spectra can be recorded selectively in this way. In this case, only spectrally narrow-band components of the incident radiation with coherence lengths greater than 2 * dι contribute to the measured signal.
Bei einer Anwendung im Bereich der optischen Datenübertragung können selektiv Träger mit Autokorrelationseigenschaften im Bereich zwischen 2*dι und 2*d2 aufgenommen bzw. vermessen werden. Dies ist insbesondere interessant für eine Anwendung im Bereich des Kohärenzlängen-Multiplexing.When used in the field of optical data transmission, carriers with autocorrelation properties in the range between 2 * dι and 2 * d 2 can be selectively recorded or measured. This is particularly interesting for an application in the field of coherence length multiplexing.
Für beide Anwendungsbereiche besteht der besondere Vorteil der Anordnung darin, daß die spektrale Auflösung (Spektroskopie) bzw. Bandbreite (Datenübertragung) unabhängig von der zu selektierenden Linienbreite (Spektroskopie) bzw. Autokorrelationslänge (Datenübertragung) eingestellt werden kann.For both areas of application, the particular advantage of the arrangement is that the spectral resolution (spectroscopy) or bandwidth (data transmission) can be set independently of the line width to be selected (spectroscopy) or autocorrelation length (data transmission).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung Mittel zur Drehung des Interferometers bzw. Mittel zur Veränderung oder Auswahl des Einfallswinkels auf, welche eine Auswahl der aufzunehmenden oder zu modulierenden Wellenlänge ermöglichen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device has means for rotating the interferometer or means for changing or selecting the angle of incidence, which make it possible to select the wavelength to be recorded or to be modulated.
Von besonderem Vorteil für eine technische Realisierung der Anordnung kann es sein, die Abstimmung der zu detektierenden Wellenlänge durch eine Drehung des Interferometers als Ganzes bzw. durch eine geeignete Veränderung des Einfallswinkels zu erreichen. Gegebenenfalls kommt für diese Bauform das Interferometer selbst - abgesehen von den gegebenenfalls erforderlichen Mitteln zur Phasenmodulation - ohne bewegliche Elemente aus.It can be particularly advantageous for a technical implementation of the arrangement to achieve the tuning of the wavelength to be detected by rotating the interferometer as a whole or by suitably changing the angle of incidence. If necessary, the interferometer itself does not need any moving elements for this type of construction - apart from the means required for phase modulation.
In diesem Fall können die Komponenten des Interferometers gegeneinander fixiert werden, was sich vorteilhaft auf die Stabilität der Justierung auswirkt. Voraussetzung für die Wellenlängenabstimmung über den Einfallswinkel ist, daß der Winkel, unter dem die Teilstrahlen im Interferometer überlagert werden, eine geeignete Ab- hängigkeit vom Einfallswinkel zeigt. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn die Teilstrahlen spiegelbildlich überlagert werden, d.h. die Teilstrahlen müssen in einem diesbezüglich asymmetrischen Interferometer über eine jeweils um 1 verschiedene Anzahl von Spiegeln geführt werden.In this case, the components of the interferometer can be fixed against each other, which has an advantageous effect on the stability of the adjustment. A prerequisite for the wavelength adjustment via the angle of incidence is that the angle at which the partial beams are superimposed in the interferometer must be suitably adjusted. shows dependence on the angle of incidence. This is the case, for example, when the partial beams are superimposed in mirror image, ie the partial beams have to be guided in an asymmetrical interferometer in this regard over a number of mirrors that is different by 1 in each case.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann diese Situation bei symmetrischen Interferometem durch Einsatz eines Retroreflektors erreicht werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, this situation can be achieved in the case of symmetrical interferometers by using a retroreflector.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Veränderung der relativen Phasenlage der interferierenden Teilstrahlen und die Veränderung des Winkels, unter denen die Teilstrahlen interferieren, gemeinsam durch Bewegung mindestens eines Bauelements der Vorrichtung erfolgt.A further advantageous embodiment of the invention provides that the change in the relative phase position of the interfering partial beams and the change in the angle at which the partial beams interfere are carried out jointly by moving at least one component of the device.
Die Einstellung einer bestimmten Wellenlänge erfolgt z.B. durch eine geeignete Verkippung optischer Elemente der Apparatur so, daß die Teilstrahlen für genau diese Wellenlänge parallel auf den Detektor treffen. Die eigentliche Messung erfolgt dann durch Veränderung der relativen Phasenlage der Teilstrahlen und Nachweis der resultierenden Intensitätsänderung (heterodyne Detektion). In erster Näherung ist die Nachweisbedingung, daß die räumliche Periode des Interferenzmusters größer als die Detektorfläche wird. Diese Bedingung definiert die spektrale Linienbreite. Sind die optischen Weglängen der Teilstrahlen ungleich und/oder führt die Verkippung der optischen Elemente zu einer Veränderung der Differenz der optischen Weglängen der Teilstrahlen, dann ändert sich bei der Einstellung der Wellenlänge auch die relative Phasenlage des Interferenzmusters. Wenn die Änderung der Phasenlage über einen Bereich in der Größenordnung der Linienbreite mehrere Perioden umfasst, kann dieser Effekt unmittelbar zur Detektion genutzt werden. Dies ist für eine technische Ausführung besonders vorteilhaft, da ein separater Mechanismus für die Modulation der Phasenlage dann entfallen kann. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine Bauform des Interferometers, welche die spektrale Selektion und die Modulation der relativen Phasenlage durch eine gemeinsame Bewegung erlaubt. Die Drehung eines der optischen Elemente um einen Stützpunkt P außerhalb des Strahlengangs bewirkt neben der Veränderung des Winkels und damit der Einstellung der selektierten Wellenlänge gleichzeitig eine Veränderung der optischen Weglänge und damit eine Modulation der relativen Phasenlage.A specific wavelength is set, for example, by a suitable tilting of optical elements of the apparatus in such a way that the partial beams hit the detector in parallel for precisely this wavelength. The actual measurement is then carried out by changing the relative phase position of the partial beams and detecting the resulting change in intensity (heterodyne detection). In a first approximation, the detection condition is that the spatial period of the interference pattern becomes larger than the detector area. This condition defines the spectral line width. If the optical path lengths of the partial beams are unequal and / or if the tilting of the optical elements leads to a change in the difference in the optical path lengths of the partial beams, then the relative phase position of the interference pattern also changes when the wavelength is set. If the change in the phase position spans several periods over an area of the order of magnitude of the line width, this effect can be used directly for detection. This is particularly advantageous for a technical implementation, since a separate mechanism for modulating the phase position can then be omitted. Fig. 2 shows an example of a design of the interferometer, which allows the spectral selection and the modulation of the relative phase position by a common movement. The rotation of one of the optical elements around a support point P outside the beam path causes not only the change in the angle and thus the setting of the selected wavelength, but also a change in the optical path length and thus a modulation of the relative phase position.
Eine technisch günstige Ausführung der Vorrichtung verwendet ein diffraktives optisches Element gleichzeitig als Strahlteiler und als wellenlängendispersives Element.A technically advantageous embodiment of the device uses a diffractive optical element at the same time as a beam splitter and as a wavelength-dispersive element.
Eine technisch besonders günstige Ausführung der Vorrichtung ergibt sich gemäß Figure 3. Hier wird als diffraktives Element ein Beugungsgitter in Reflexion verwendet. In der gezeigten Anordnung (Fig.3) wird der kollimiert einfallende Lichtstrahl (Eintrittsöffnung „E", Aperturblende „A", Kollimatorlinse „L") zunächst am Beugungsgitter in einen reflektierten („0-te" Beugungsordnung) und einen gebeugten (1-te Ordnung) Teilstrahl geteilt. Die Teilstrahlen werden durch die Spiegel „S1" bzw. „S2" zum Beugungsgitter zurückgeführt. Das Beugungsgitter überlagert die Strahlen indem der vorher reflektierte Teilstrahl zum Detektor gebeugt wird (1-te Ordnung) während der vorher gebeugte Strahl zum Detektor reflektiert wird. Die resultierende spektrale Dispersion der Teilstrahlen ist gegenläufig, d.h. nur für jeweils genau eine bestimmte Wellenlänge kann die Vorrichtung so justiert werden, daß die vereinigten Teilstrahlen sich genau überlagern bzw. parallel laufen. In der in Figure 3 gezeigten Anordnung übernimmt der Spiegel „S1 " die Abstimmung der Wellenlänge durch geeignete Verkippung und der Spiegel „S2" die Phasenmodulation.A technically particularly favorable embodiment of the device is shown in Figure 3. Here, a diffraction grating in reflection is used as the diffractive element. In the arrangement shown (FIG. 3), the collimated incident light beam (entrance opening “E”, aperture diaphragm “A”, collimator lens “L”) is first converted into a reflected (“0th” diffraction order) and a diffracted (1- th order) split beam. The partial beams are returned to the diffraction grating by the mirrors “S1” or “S2”. The diffraction grating overlays the beams by diffracting the previously reflected partial beam to the detector (1st order) while the previously diffracted beam is reflected to the detector. The resulting spectral dispersion of the partial beams is opposite, i.e. The device can only be adjusted for exactly one specific wavelength in such a way that the combined partial beams overlap exactly or run in parallel. In the arrangement shown in Figure 3, the mirror “S1” takes over the tuning of the wavelength by suitable tilting and the mirror “S2” takes over the phase modulation.
Figure 4 zeigt die experimentell ermittelte demodulierte spektrale Transferfunktion einer Anordnung gemäß Figure 3. Verwendet wurde ein Strahlquerschnitt von lediglich 2,5 mm und entsprechend kleine optische Elemente. Die Anordnung erreicht eine spektrale Auflösung (FWHM) von 0,16 nm bei 632 nm Wellenlänge, d.h. er- reicht die bei dieser Dimensionierung zu erwartende physikalische Grenze. Die demodulierte spektrale Transferfunktion der Anordnung entspricht damit der Transferfunktion des Gitters für den gegebenen Durchmesser.Figure 4 shows the experimentally determined demodulated spectral transfer function of an arrangement according to Figure 3. A beam cross section of only 2.5 mm and correspondingly small optical elements were used. The arrangement achieves a spectral resolution (FWHM) of 0.16 nm at 632 nm wavelength, ie the physical limit to be expected with this dimensioning is sufficient. The demodulated spectral transfer function of the arrangement thus corresponds to the transfer function of the grating for the given diameter.
Besonders vorteilhaft können die dargestellten interferometrischen Vorrichtungen derart ausgeführt oder weitergebildet werden, dass ein optischer Resonator entsteht. Dies hat zur Folge, daß die Vorrichtungen oder Teile der Vorrichtungen mehrfach genutzt werden und die resultierenden Interferenzen durch Überlagerung mehrerer, gegebenenfalls sehr vieler, Teilstrahlen gebildet werden. Eine derartige Überlagerung vieler Teilstrahlen zeigt, verglichen mit der entsprechenden Zweistrahl-Interferenz, gegebenenfalls sehr viel schärfere Minima bzw. Maxima der Intensität.The interferometric devices shown can be designed or developed particularly advantageously such that an optical resonator is produced. The consequence of this is that the devices or parts of the devices are used several times and the resulting interferences are formed by superimposing several, possibly very many, partial beams. Such a superimposition of many partial beams shows, compared to the corresponding two-beam interference, possibly much sharper minima or maxima of the intensity.
Bei geeigneter Bearbeitung der jeweiligen Meßwerte und/oder geeigneter Modulation der Phasenlage oder der Differenz der optischen Weglängen kann so eine entsprechend höhere Genauigkeit bzw. spektrale Auflösung erreicht werden.With suitable processing of the respective measured values and / or suitable modulation of the phase position or the difference in the optical path lengths, a correspondingly higher accuracy or spectral resolution can be achieved.
Die technische Ausführung des Resonators ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Neben einfachen Resonatoren mit nur zwei Bauelementen (Fig. 5) kommen alle Arten von Resonatoren insbesondere auch Ring-Kavitäten in Frage.The technical design of the resonator is of minor importance. In addition to simple resonators with only two components (FIG. 5), all types of resonators, in particular ring cavities, are also possible.
Besonders vorteilhaft sind Ausführungen bei denen mindestens ein Element des Resonators als wellenlängenabhängiges Element ausgeführt ist oder bei denen sich ein wellenlängenabhängiges Element im Inneren des Resonators befindet (oder beides).Designs in which at least one element of the resonator is designed as a wavelength-dependent element or in which a wavelength-dependent element is located in the interior of the resonator (or both) are particularly advantageous.
Die Funktionsweise wird dargestellt anhand von Fig. 5:The mode of operation is illustrated with reference to FIG. 5:
Der Strahlteiler wird gebildet durch einen halbdurchlässigen Spiegel S, der einen Teil des Lichtes reflektiert. Das wellenlängenabhängige Element ist im Beispiel als Gitter G ausgeführt und derart dimensioniert und angeordnet, daß Licht einer bestimmten Wellenlänge λ zum Spiegel S zurück reflektiert wird [Gitterkonstante = λ/(2sin(φ))]. Der dort transmittierte Teil interferiert mit dem vom Spiegel ursprünglich reflektierten Licht.The beam splitter is formed by a semi-transparent mirror S, which reflects part of the light. In the example, the wavelength-dependent element is designed as a grating G and is dimensioned and arranged in such a way that light of a certain wavelength λ is reflected back to the mirror S [grating constant = λ / (2sin (φ))]. The part transmitted there interferes with the light originally reflected by the mirror.
Abhängig von der Effizienz des Gitters und den Reflexions- bzw. Transmissionskoeffizienten des Spiegels treten mehrfach reflektierte Strahlen unterschiedlicher Intensität auf, welche die resultierenden Interferenzmuster in der oben dargestellten Weise beeinflussen.Depending on the efficiency of the grating and the reflection or transmission coefficients of the mirror, multiple-reflected beams of different intensities occur, which influence the resulting interference pattern in the manner shown above.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des vorgenannten Funktionsprinzips. Der Resonator wird durch die Elemente S1 und G gebildet. Die Wellenlänge des Resonators kann durch Drehung des Gitters G verändert werden, die relative Phasenlage der Teilstrahlen kann durch geeignete Verschiebung von S1 beeinflußt werden. Das entsprechend der Phasenlage modulierte Interferenzsignal wird über einen weiten Strahlteiler S2 und eine Linse L2 zum Detektor Sig. geführt. Mit E ist die Eintritts- und mit A die Aperturblende bezeichnet. L ist ein Kollimator.Fig. 6 shows an embodiment of the aforementioned principle of operation. The resonator is formed by the elements S1 and G. The wavelength of the resonator can be changed by rotating the grating G, the relative phase position of the partial beams can be influenced by a suitable shift of S1. The interference signal modulated in accordance with the phase position is guided to the detector Sig. Via a wide beam splitter S2 and a lens L2. E denotes the entrance and A the aperture diaphragm. L is a collimator.
Fig. 7 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel. Hier wird die 0-te Beugungsordnung des Gitters, d.h. der ungebeugt reflektierte Teil des Lichtes zum Detektor geführt.Fig. 7 shows an advantageous embodiment. Here the 0th diffraction order of the grating, i.e. the undiffracted reflected part of the light led to the detector.
Besonders vorteilhaft kann es sein, Teile der Vorrichtung mit Hilfe von faseroptischen Lichtleitern Fzu realisieren (Fig. 8). In diesem Ausführungsbeispiel bezeichnet Ref. einen zweiten Detektor, der ein Referenzsignal aufzeichnet.It can be particularly advantageous to implement parts of the device with the aid of fiber-optic light guides F (FIG. 8). In this exemplary embodiment, Ref. Denotes a second detector that records a reference signal.
In einer weiteren Ausführung (Fig. 9) wird die optische Weglänge d vergrößert oder variabel gehalten. Die Interferenzen werden dann auf Komponenten des einfallenden Lichtes mit entsprechend hoher Kohärenzlänge bzw. kleiner Bandbreite begrenzt. Bei geeigneter Auswertung der Meßwerte abhängig von d können, insbesondere bei hoher Effizienz des Gitters G und hohem Reflexionskoeffizienten von S sehr hohe spektrale Auflösungen erzielt werden.In a further embodiment (FIG. 9), the optical path length d is increased or kept variable. The interference is then limited to components of the incident light with a correspondingly high coherence length or small bandwidth. With a suitable evaluation of the measured values depending on d, very high spectral resolutions can be achieved, in particular with a high efficiency of the grating G and a high reflection coefficient of S.
Die beschriebenen Anordnungen detektieren eine Amplitudenmodulation der Intensität am Detektor abhängig von einer Modulation der relativen Phasenlage der interferierenden Teilstrahlen vor allem für Komponenten von Interferenzmustern mit kleinen Raumfrequenzen, insbesondere für Raumfrequenzen deren Kehrwert größer wird als der Durchmesser des Detektors in der entsprechenden Richtung.The described arrangements detect an amplitude modulation of the intensity at the detector depending on a modulation of the relative phase position of the interfering partial beams, especially for components of interference patterns with small spatial frequencies, in particular for spatial frequencies whose reciprocal value becomes larger than the diameter of the detector in the corresponding direction.
Zum Nachweis anderer Interferenzmuster kann vorteilhaft eine mit dem oder den Interferenzmustern bestimmter spektraler Komponenten des einfallenden Lichtes korrelierte Maske vor dem Detektor verwendet werden. Eine derartige Maske erlaubt insbesondere im Zusammenspiel mit einer Modulation der relativen Phasenlage der interferierenden Teilstrahlen die selektive Erfassung einer vorbestimmten räumlichen Modulation des Interferenzmusters.To detect other interference patterns, a mask in front of the detector which is correlated with the interference pattern (s) of certain spectral components of the incident light can advantageously be used. Such a mask allows, in particular in interaction with a modulation of the relative phase position of the interfering partial beams, the selective detection of a predetermined spatial modulation of the interference pattern.
Insbesondere können in einer einzelnen Maske bereits die Interferenzmuster eines spektralen Fingerprints mit vielen spektralen Komponenten enthalten sein. Die mehrfache Aufnahme des Interferenzmusters durch die dem Detektor vorgelagerte Maske hindurch bei unterschiedlichen relativen Phasenlagen der Teilstrahlen zeigt eine starke Abhängigkeit der jeweils gemessenen integrierten gesamten Intensität des Signals von der relativen Phasenlage nur für diejenigen spektralen Komponenten des einfallenden Lichtes, mit deren resultierenden Interfernzmustern die Maske korreliert. Fig. 10 zeigt eine entsprechende Variante der Anordnung am Beispiel der Anordnung aus Fig. 3.In particular, the interference pattern of a spectral fingerprint with many spectral components can already be contained in a single mask. The multiple recording of the interference pattern through the mask upstream of the detector with different relative phase positions of the partial beams shows a strong dependence of the respectively measured integrated total intensity of the signal on the relative phase position only for those spectral components of the incident light with whose resulting interference patterns the mask correlates . FIG. 10 shows a corresponding variant of the arrangement using the example of the arrangement from FIG. 3.
Wird in dieser Anordnung die Maske selbst als diffraktives optisches Element betrachtet, so bildet die Anordnung einen optischen Korrelator, der die gesuchten Komponenten des Interferenzmusters bestimmt.If the mask itself is considered as a diffractive optical element in this arrangement, the arrangement forms an optical correlator which determines the sought components of the interference pattern.
Ganz besonders vorteilhaft ist eine solche Anordnung, wenn die Maske durch eine Messung bzw. Aufnahme bestimmt wird, da in diesem Fall auch sehr komplexe In- terferenzmuster bzw. etwa durch Komponenten minderer optischer Qualität verzerrte Interferenzmuster uneingeschränkt verwendet werden können.Such an arrangement is particularly advantageous if the mask is determined by measurement or recording, since in this case even very complex information interference pattern or interference patterns distorted by components of inferior optical quality can be used without restriction.
Es ist von Vorteil, die oben beschriebene Vorrichtung für die optischen Spektroskopie zu verwenden, wobei entsprechend der jeweils eingestellten Weglängendifferenz der interferierenden Teilstrahlen Komponenten des einfallenden Lichts entsprechend ihren Kohärenzlängen bzw. Kohärenzeigenschaften selektiv gemessen werden.It is advantageous to use the device described above for optical spectroscopy, components of the incident light being selectively measured according to their coherence lengths or coherence properties in accordance with the path length difference set in each case for the interfering partial beams.
Dies kann insbesondere in der Spektroskopie bei der Aufnahme von Linienspektren vorteilhaft sein. Etwa bei der Atom-Absorptions- oder Atom-Emmissions- Spektroskopie zeigt sich das gesuchte Signal in Form spektraler Linien vor einem breitbandigen Hintergrund-Spektrum. Die spektralen Linien zeigen eine große Kohärenzlänge (> 1cm), während der breitbandige Hintergrund eine kleine Kohärenzlänge besitzt (< 1cm). Eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Differenz der optischen Weglängen ca. 1 cm beträgt, detektiert in diesem Fall auschließlich die Atom-Absorptions- bzw. Emissionslinien, während das Hintergrundsignal mit kürzerer Kohärenzlänge nicht zur Interferenz und damit nicht zum Signal beiträgt.This can be particularly advantageous in spectroscopy when recording line spectra. In atomic absorption or atomic emission spectroscopy, for example, the signal sought is shown in the form of spectral lines against a broadband background spectrum. The spectral lines show a large coherence length (> 1 cm), while the broadband background has a small coherence length (<1 cm). In this case, an arrangement according to the invention, in which the difference in the optical path lengths is approximately 1 cm, detects only the atomic absorption or emission lines, while the background signal with a shorter coherence length does not contribute to the interference and thus does not contribute to the signal.
Es ist von Vorteil, die oben beschriebene Vorrichtung im Bereich der optischen Datenübertragung zu verwenden, wobei entsprechend der jeweils eingestellten Weglängendifferenz der interferierenden Teilstrahlen Komponenten des einfallenden Lichts entsprechend ihren Autokorrelationseigenschaften selektiv aufgenommen beziehungsweise selektiv moduliert werden.It is advantageous to use the device described above in the field of optical data transmission, components of the incident light being selectively picked up or selectively modulated in accordance with the respectively set path length difference of the interfering partial beams in accordance with their autocorrelation properties.
Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung im Bereich der optischen Datenübertragung kann besonders vorteilhaft sein, wenn das Kohärenz- Multiplexing-Verfahren zur Erhöhung der Übertragungskapazität eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren werden mehrere Signale bei der gleichen Wellenlänge dadurch übertragen, daß die Autokorrelationseigenschaften des Trägers gezielt verändert werden. Dies geschieht etwa dadurch, das der optische Träger senderseitig zeitversetzt mit sich selbst überlagert wird. Dies führt zu einer Autokorrelation des Trägers bei der entsprechenden zeitlichen Versetzung, durch deren Modulation ein Signal übertragen werden kann. Bei verschiedenen Autokorrelationszeiten können unabhängig voneinander verschiedene Signale übertragen werden. Im Frequenzraum drücken sich die Autokorrelationseigenschaften, d.h. die Kohärenzeigenschaften für ganz bestimmte Differenzen der optischen Weglängen der Teilstrahlen, durch eine spektrale Feinstruktur des optischen Trägers aus.Use of the arrangement according to the invention in the field of optical data transmission can be particularly advantageous if the coherence multiplexing method is used to increase the transmission capacity. In this method, several signals are transmitted at the same wavelength by deliberately changing the carrier's autocorrelation properties. This happens, for example, by the optical carrier being superimposed on itself on the transmitter side at different times. This leads to an auto-correlation of the carrier with the corresponding time offset, the modulation of which allows a signal to be transmitted. With different autocorrelation times, different signals can be transmitted independently of one another. In the frequency domain, the autocorrelation properties, ie the coherence properties for very specific differences in the optical path lengths of the partial beams, are expressed by a fine spectral structure of the optical carrier.
Die beschriebene Vorrichtung ist besonders gut als Empfänger für ein kombiniertes Wellenlängen- und Kohärenz-Multiplexing-Verfahren geeignet, da zum einen Wellenlänge und Autokorrelationszeit unabhängig voneinander eingestellt werden können, zum anderen durch geeignete Dimensionierung der dispersiven Elemente und der Differenzen der optischen Weglängen die zu erfassende Bandbreite der Träger, der spektrale Kanalabstand und der Kanalabstand bzgl. Autokorrelationszeiten den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden können.The device described is particularly well suited as a receiver for a combined wavelength and coherence multiplexing method, since on the one hand the wavelength and autocorrelation time can be set independently of one another, and on the other hand by suitable dimensioning of the dispersive elements and the differences in the optical path lengths, the one to be detected Bandwidth of the carriers, the spectral channel spacing and the channel spacing with respect to autocorrelation times can be adapted to the respective requirements.
Es ist von Vorteil, die oben beschriebene Vorrichtung zur Modulation von einfallendem breitbandigen Licht zu verwenden, wobei mindestens einer spektralen Komponente des Lichts vordefinierte Kohärenzeigenschaften bzw. Autokorrelationseigenschaften aufgeprägt werden.It is advantageous to use the device described above for modulating incident broadband light, with predefined coherence properties or autocorrelation properties being impressed on at least one spectral component of the light.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut als Modulator für ein kombiniertes Wellenlängen- und Kohärenz-Multiplexing-Verfahren geeignet, da zum einen Wellenlänge und Autokorrelationszeit unabhängig voneinander eingestellt werden können, zum anderen durch geeignete Dimensionierung der dispersiven Elemente und der Differenzen der optischen Weglängen die zu erfassende Bandbreite der Träger, der spektrale Kanalabstand und der Kanalabstand bzgl. der Autokorrelationszeiten den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden können. Es ist von Vorteil, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion mindestens einer spektralen Komponente des einfallenden Lichts zu verwenden, welche vordefinierte Kohärenzeigenschaften bzw. Autokorrelationseigenschaften aufweist.The device according to the invention is particularly well suited as a modulator for a combined wavelength and coherence multiplexing method, since on the one hand the wavelength and autocorrelation time can be set independently of one another, and on the other hand by suitable dimensioning of the dispersive elements and the differences in the optical path lengths the one to be detected Bandwidth of the carriers, the spectral channel spacing and the channel spacing with respect to the autocorrelation times can be adapted to the respective requirements. It is advantageous to use the device according to the invention for the detection of at least one spectral component of the incident light, which has predefined coherence properties or autocorrelation properties.
Die Anordnung ist allgemein geeignet zum Nachweis bzw. zur Messung von Licht mit definierten Autokorrelationseigenschaften, d.h. zur selektiven Erfassung von Licht, das nicht nur durch einen bestimmten Wellenlängenbereich, sondern auch durch eine als spektrale Signatur dienende spektrale Feinstruktur gekennzeichnet ist. Dieses Verfahren kann Anwendung finden im Rahmen verschiedenster Meßverfahren, die auch bei Anwesenheit von Fremdlicht störungsfrei arbeiten sollen.The arrangement is generally suitable for the detection or measurement of light with defined autocorrelation properties, i.e. for the selective detection of light, which is characterized not only by a certain wavelength range, but also by a spectral fine structure serving as a spectral signature. This method can be used in the context of a wide variety of measurement methods, which should work without interference even in the presence of extraneous light.
Im Rahmen der optischen Informationsübertragung kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Vielzahl von Vorteilen genutzt werden, die aus der Verwendung spektral breitbandiger Träger und gegebenenfalls komplexer spektraler Signaturen resultieren.In the context of optical information transmission, the device according to the invention can be used to achieve a multitude of advantages which result from the use of spectrally broadband carriers and, if appropriate, complex spectral signatures.
Neben oder zusätzlich zu den bekannten und üblichen Multiplexing-Verfahren der optischen Nachrichtenübertragung wie Time-Division-Multiplexing und Wavelength- Division-Multiplexing, unterstützten die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren das sogenannte Coherence-Multiplexing sowie ein neuartiges auf der Verwendung komplexer spektraler Signaturen breitbandiger optischer Träger aufgebautes Code-Division-Multiplexing Verfahren.In addition to or in addition to the known and customary multiplexing methods of optical message transmission such as time division multiplexing and wavelength division multiplexing, the devices and methods according to the invention support so-called coherence multiplexing and a novel broadband optical carrier based on the use of complex spectral signatures built-up code division multiplexing method.
Überdies können die verschiedenen Multiplexing Verfahren, ggf. ergänzt durch Sub-Carrier-Multiplexing, kombiniert werden. Dadurch wird es z.B. möglich die Anzahl der Übertragungskanäle und deren jeweilige Bandbreite in weiten Grenzen zu skalieren.In addition, the various multiplexing methods, possibly supplemented by sub-carrier multiplexing, can be combined. This makes it e.g. possible to scale the number of transmission channels and their respective bandwidth within wide limits.
Die Verwendung komplexer spektraler Signaturen breitbandiger optischer Träger zur Informationsübertragung durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen erschließt darüber hinaus die Vorteile, die im Bereich der Funkwellen bereits von verschiedenartigen Spread-Spectrum-Verfahren genutzt werden. Durch die Verwendung von Autokorrelationsfunktionen kommen die erfindungsgemäßen Vorrichtun- gen dabei im Gegensatz zu Spread-Spectrum-Verfahren ohne die Erzeugung eines lokalen Referenzträgers aus.The use of complex spectral signatures of broadband optical carriers for information transmission by the devices according to the invention also opens up the advantages that are already used by various types of spread spectrum methods in the field of radio waves. By using autocorrelation functions, the devices according to the invention In contrast to spread spectrum methods, they do not generate a local reference carrier.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren ist die inhärent kryptographische Übertragung, etwa bei Verwendung komplexer spektraler Signaturen oder relativ großer zeitlicher Differenzen der Autokorrelation. Weiterhin von besonderem Vorteil ist die Resistenz der Übertragung gegenüber Fremdlicht jeder Art, das nicht derartige spektrale Signaturen zeigt, sowie die Möglichkeit sogar die Anwesenheit des optischen Trägers selbst zu verschleiern, wenn die Energie auf einen ungewöhnlich breiten spektralen Bereich verteilt wird. Ein Angreifer kann daher ohne Kenntnis der spektralen Signatur, die in diesem Kontext als physikalischer Schlüssel interpretiert werden kann, die Informationsübertragung weder demodulieren noch durch Fremdlicht stören, gegebenenfalls bleibt sogar die Tatsache das überhaupt eine Datenübertragung stattfindet verborgen.A particular advantage of the devices and methods according to the invention is the inherent cryptographic transmission, for example when using complex spectral signatures or relatively large temporal differences in the autocorrelation. Also of particular advantage is the resistance of the transmission to external light of any kind that does not show such spectral signatures, as well as the possibility of even obscuring the presence of the optical carrier itself if the energy is distributed over an unusually broad spectral range. Without knowing the spectral signature, which can be interpreted as a physical key in this context, an attacker can neither demodulate the information transmission nor interfere with extraneous light, possibly even hiding the fact that data is being transmitted at all.
Entsprechende Eigenschaften ergeben sich für berührungslose Messverfahren. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren erlauben neben optischen Messverfahren, die ungestört von Fremdlicht arbeiten, auch eine Verwendung im Bereich von LADAR bzw. LIDAR Anwendungen und lasergestützten Zielerfas- sungs- bzw. Zielführungssystemen, wobei das Ziel den verwendeten Messtrahl weder detektieren noch stören kann.Corresponding properties result for non-contact measurement methods. In addition to optical measurement methods which work undisturbed by extraneous light, the devices and methods according to the invention also allow use in the field of LADAR or LIDAR applications and laser-assisted targeting or guidance systems, the target neither being able to detect nor disrupt the measuring beam used.
Bei einer Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen im Bereich der optischen Spektroskopie wird vorteilhafterweise das optische Spektrum von Licht, welches auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung einfällt, nach einem Verfahren bestimmt, welches folgende Schritte umfaßt: Zunächst wird die am Detektor gemessene Lichtintensität für verschiedene relative Phasenlagen der interferierenden Teilstrahlen und/oder für verschiedene Winkel, unter denen die Teilstrahlen interferieren, erfaßt. In einem weiteren Schritt wird das optische Spektrum aus den im ersten Schritt gemessenen Lichtintensitäten berechnet. Die Aufnahme von Meßwerten bei verschiedenen relativen Phasenlagen ggf. über einen Bereich optischer Weglängendifferenzen von einem vielfachen der Wellenlänge, erlaubt es, die spektrale Auflösung der Apparatur durch numerische Verfahren (etwa Dekonvolution) zu erhöhen. Da Meßwerte mit einer spektralen Schrittweite auch sehr viel kleiner als der Halbwertsbreite der spektralen Transferfunktion aufgenommen werden können und die Phasenmodulation einen zusätzlichen Freiheitsgrad für die Aufnahme von Meßwerten darstellt, kann das optische Spektrum bzw. die Intensität des einfallenden Lichtes für eine bestimmte Wellenlänge mit Hilfe von Integraltransformationen jeweils unter Verwendung einer Vielzahl von Meßwerten berechnet werden. Eine derartige numerische Bearbeitung der aufgenommenen Meßwerte zur Berechnung des optischen Spektrums wirkt sich günstig aus auf die erreichbare spektrale Auflösung, die Empfindlichkeit und den Signal/Rauschabstand.When the devices according to the invention are used in the field of optical spectroscopy, the optical spectrum of light incident on a device according to the invention is advantageously determined by a method which comprises the following steps: First, the light intensity measured at the detector for different relative phase positions of the interfering partial beams and / or for different angles at which the partial beams interfere. In a further step, the optical spectrum is calculated from the light intensities measured in the first step. The acquisition of measured values at different relative phase positions, possibly over a range of optical path length differences of a multiple of the wavelength, allows the spectral resolution of the apparatus to be increased by numerical methods (such as deconvolution). Since measured values with a spectral step size can also be recorded much smaller than the half-value width of the spectral transfer function and the phase modulation represents an additional degree of freedom for the recording of measured values, the optical spectrum or the intensity of the incident light for a specific wavelength can be determined using Integral transformations are calculated using a large number of measured values. Such numerical processing of the recorded measured values for calculating the optical spectrum has a favorable effect on the spectral resolution that can be achieved, the sensitivity and the signal / noise ratio.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel für das Signal einer schmalbandigen Lichtquelle in Abhängigkeit vom Winkel φ (Computersimulation) für eine Vorrichtung nach Anspruch 4 bzw. Fig. 2. Gleichzeitig mit der Veränderung des Winkels erfolgt eine Verschiebung der relativen Phasenlage der überlagerten Strahlen.11 shows an example of the signal of a narrow-band light source as a function of the angle φ (computer simulation) for a device according to claim 4 or FIG. 2. Simultaneously with the change in the angle, the relative phase position of the superimposed beams is shifted.
Das Signal setzt sich zusammen aus einer durch die winkelabhängige, kontinuierliche Veränderung der relativen Phasenlage verursachte Modulation der gemessenen Intensität sowie einer winkelabhängigen Amplitude, d.h. Hüllkurve dieser Modulation.The signal is composed of a modulation of the measured intensity caused by the angle-dependent, continuous change in the relative phase position and an angle-dependent amplitude, i.e. Envelope of this modulation.
Die Intensität der spektralen Komponenten des einfallenden Lichtes können zunächst durch Korrelation der Messung mit der jeweiligen spektralen Transferfunktion berechnet werden. Durch mathematische Verfahren wie Dekonvolution können die Berechnungen - insbesondere wenn bestimmte Eigenschaften der Spektren vorgegeben sind (Linienspektrum, begrenzter Satz von zu erkennenden Absorptionsspektren etwa im Bereich der Chemometrie) verfeinert werden.The intensity of the spectral components of the incident light can first be calculated by correlating the measurement with the respective spectral transfer function. The calculations can be refined using mathematical methods such as deconvolution - especially if certain properties of the spectra are specified (line spectrum, limited set of absorption spectra to be recognized, for example in the field of chemometry).
Dieser spektralen Transferfunktion der Apparatur (Fig. 11 ) kann eine Hüllkurve zugeordnet werden. Für das gezeigte Signal einer monochromatischen Lichtquelle kann die jeweilige Winkelposition des Maximums der Hüllkurve direkt einer Wellenlänge zugeordnet werden.An envelope curve can be assigned to this spectral transfer function of the apparatus (FIG. 11). For the signal shown by a monochromatic light source the respective angular position of the maximum of the envelope can be assigned directly to a wavelength.
Die genaue Form der Transferfunktion hängt von der Qualität der verwendeten optischen Komponenten ab. Es kann technisch vorteilhaft sein, die spektralen Transferfunktionen einer konkreten Apparatur durch Messung zu ermitteln. Ein Satz derartiger Transferfunktionen repräsentiert damit gleichzeitig eine Eichmessung der Anordnung. The exact form of the transfer function depends on the quality of the optical components used. It can be technically advantageous to determine the spectral transfer functions of a specific apparatus by measurement. A set of such transfer functions thus simultaneously represents a calibration measurement of the arrangement.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung oder Erzeugung optischer SignaleDevice for acquiring or generating optical signals
Patentansprücheclaims
1. Vorrichtung zur Erfassung optischer Signale beziehungsweise zur Erzeugung optischer Signale durch Modulation optischer Träger mit Mitteln zur Erzeugung wenigstens eines Referenz-Lichtstrahls, der gegenüber dem zu erfassenden optischen Signal frequenzverschoben und/oder - moduliert oder phasenverschoben und/oder -moduliert und/oder zeitverschoben ist,1. Device for detecting optical signals or for generating optical signals by modulating optical carriers with means for generating at least one reference light beam which is frequency-shifted and / or - modulated or phase-shifted and / or -modulated and / or time-shifted relative to the optical signal to be detected is
Mitteln, mit denen das zu erfassende optische Signal und/oder der oder die Referenz-Lichtstrahlen derart ausrichtbar sind, daß sie zur Interferenz gebracht werden können, sowie mit mindestens einem Detektor mit Demodulator, durch den eine Amplitudenmodulation nachweisbar ist, beziehungsweise mit mindstens einem Koppler, durch den das resultierende Interferenzsignal auskoppelbar ist, wobei mindestens ein wellenlängenabhängiges Element vorgesehen ist, durch das der oder die Winkel der zur Interferenz gebrachten Lichtstrahlen oder die Wellenfront mindestens eines der zur Interferenz gebrachten Lichtstrahlen in Abhängigkeit von der Wellenlänge veränderbar sind, und, wobei mindestens einer der Detektoren derart ausgeführt ist oder derart im Zusammenhang mit einem Demodulator und/oder optischen Elementen steht, daß eine zeitliche und/oder räumliche Modulation der Intensität bezogen auf den gesamten oder Teile des detektierten Strahlquerschnitts meßbar ist, beziehungsweise mindestens einer der Koppler derart ausgeführt ist oder derart im Zusammenhang mit einem Demodulator und/oder optischen Elementen steht, dass das ausgekoppelte Signal von der zeitlichen und/oder räumlichen Modulation der Intensität bezogen auf den gesamten oder Teile des erfaßten Strahlquerschnitts abhängig ist,Means with which the optical signal to be detected and / or the reference light beam or beams can be aligned in such a way that they can be brought to interference, and with at least one detector with a demodulator, by means of which an amplitude modulation can be detected, or with at least one coupler , by means of which the resulting interference signal can be coupled out, at least one wavelength-dependent element being provided, by means of which the angle or angles of the light beams brought to interference or the Wavefront of at least one of the light beams brought to interference can be changed as a function of the wavelength, and, wherein at least one of the detectors is designed or is connected to a demodulator and / or optical elements in such a way that a temporal and / or spatial modulation of the intensity is measurable in relation to all or part of the detected beam cross section, or at least one of the couplers is designed in such a way or in connection with a demodulator and / or optical elements that the decoupled signal is related to the temporal and / or spatial modulation of the intensity in relation to is dependent on all or part of the detected beam cross section,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
daß die Vorrichtung Mittel zur Einstellung der Weglängendifferenz der zur Interferenz gebrachten Teilstrahlen aufweist, wodurch eine Selektion der zur Interferenz beitragenden Lichtkomponenten entsprechend ihren Kohärenzeigenschaften durchführbar ist.that the device has means for adjusting the path length difference of the partial beams brought to interference, whereby a selection of the light components contributing to the interference can be carried out according to their coherence properties.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer einen Retroreflektor umfaßt.Device according to claim 1 or the preamble of claim 1, characterized in that the interferometer comprises a retroreflector.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel zur Drehung des Interferometers beziehungsweise Mittel zur Veränderung oder Auswahl des Einfallswinkels aufweist, welche eine Auswahl der aufzunehmenden oder zu modulierenden Wellenlänge ermöglichen.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the device has means for rotating the interferometer or means for changing or selecting the angle of incidence, which enable a selection of the wavelength to be recorded or to be modulated.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der relativen Phasenlage der interferierenden Teilstrahlen und die Veränderung des Win- kels, unter denen die Teilstrahlen interferieren, gemeinsam durch Bewegung mindestens eines Bauelements der Vorrichtung erfolgt.Device according to one of claims 1 to 3 or according to the preamble of claim 1, characterized in that the change in the relative phase position of the interfering partial beams and the change in the win- kels, under which the partial beams interfere, takes place jointly by moving at least one component of the device.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein diffraktives optisches Element gleichzeitig als Strahlteiler und als wellen- längendispersives Element verwendet wird.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a diffractive optical element is used simultaneously as a beam splitter and as a wavelength-dispersive element.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das als Strahlteiler verwendete diffraktive optische Element ein Beugungs-Gitter ist und, dass die Mittel zur Erzeugung des Interferenzmusters genau dieses oder ein gleichartiges Element zur Rekombination der geteilten Strahlen umfassen6. The device according to claim 5, characterized in that the diffractive optical element used as a beam splitter is a diffraction grating and that the means for generating the interference pattern comprise exactly this or a similar element for recombining the divided beams
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrahlen durch ein Beugungsgitter unter verschiedenen Beugungsordnungen - gegebenenfalls einschließlich des ungebeugten bzw. reflektierten Teilstrahls („0-te Ordnung") - erzeugt werden, durch geeignete Mittel zum Beugungsgitter zurückreflektiert werden und dort durch Beugung unterschiedlicher Ordnungen - gegebenenfalls einschließlich des ungebeugten bzw. reflektierten Teilstrahls („0-te Ordnung") - wieder überlagert werden.7. The device according to claim 5 or claim 6, characterized in that the partial beams are generated by a diffraction grating under different diffraction orders - optionally including the undiffracted or reflected partial beam ("0th order") - are reflected back by suitable means for the diffraction grating and there are again superimposed there by diffraction of different orders - possibly including the undiffracted or reflected partial beam (“0 th order”).
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 oder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung oder Teile der Vorrichtung einen optischen Resonator bilden.8. The device according to one or more of claims 1 to 7 or according to the preamble of claim 1, characterized in that the device or parts of the device form an optical resonator.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere wellenlängenabhängige Elemente im Inneren des Resonators angeordnet sind oder mindestens ein Element des Resonators wellenlängenabhängig ausgeführt ist.9. The device according to claim 8, characterized in that one or more wavelength-dependent elements are arranged in the interior of the resonator or at least one element of the resonator is designed to be wavelength-dependent.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung oder Teile der Vorrichtung mehrfach ausgeführt sind. 10. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device or parts of the device are designed multiple times.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenlängenabhängige Element eine Vielzahl von spektralen Komponenten unter dem gleichen Winkel ablenkt beziehungsweise eine spektrale Komponente in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufteilt.11. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the wavelength-dependent element deflects a plurality of spectral components at the same angle or splits a spectral component into a plurality of partial beams.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor beziehungsweise der Koppler über eine räumliche Maske verfügt, die mit mindestens einem zu erkennenden beziehungsweise einer spektralen Signatur zugeordneten Interferenzmuster korreliert.12. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the detector or the coupler has a spatial mask which correlates with at least one interference pattern to be recognized or assigned to a spectral signature.
13. Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 als optisches Spektrometer.13. Use of a device according to one or more of claims 1 to 12 as an optical spectrometer.
14. Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 als optischer Empfänger.14. Use of a device according to one or more of claims 1 to 12 as an optical receiver.
15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur optischen Spektroskopie, wobei entsprechend der jeweils eingestellten Weglängendifferenz der interferierenden Teilstrahlen Komponenten des einfallenden Lichts entsprechend ihren Kohärenzlängen beziehungsweise Kohärenzeigenschaften selektiv gemessen werden.15. Use of the device according to one of claims 1 to 12 for optical spectroscopy, components of the incident light being selectively measured according to their coherence lengths or coherence properties in accordance with the respectively set path length difference of the interfering partial beams.
16. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 im Bereich der optischen Datenübertragung, wobei entsprechend der jeweils eingestellten Weglängendifferenz der interferierenden Teilstrahlen Komponenten des einfallenden Lichts entsprechend ihren Autokorrelationseigenschaften selektiv aufgenommen werden. 16. Use of a device according to one of claims 1 to 12 in the field of optical data transmission, components of the incident light being picked up selectively according to their autocorrelation properties in accordance with the respectively set path length difference of the interfering partial beams.
17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Modulation von einfallendem breitbandigem Licht, wobei mindestens einer spektralen Komponente des Lichts vordefinierte Kohärenzeigenschaften beziehungsweise Autokorrelationseigenschaften aufgeprägt werden.17. Use of a device according to one of claims 1 to 12 for modulating incident broadband light, wherein predefined coherence properties or autocorrelation properties are impressed on at least one spectral component of the light.
18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Detektion mindestens einer spektralen Komponente des einfallenden Lichts, welche vordefinierte Kohärenzeigenschaften beziehungsweise Autokorrelationseigenschaften aufweist.18. Use of a device according to one of claims 1 to 12 for the detection of at least one spectral component of the incident light, which has predefined coherence properties or autocorrelation properties.
19. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Modulation mindestens einer spektralen Komponente eines optischen Trägers so, daß die modulierte Komponente beziehungsweise die modulierten Komponenten definierte Kohärenzeigenschaften beziehungsweise Autokorrelationseigenschaften aufweisen.19. Use of a device according to one of claims 1 to 12 for modulating at least one spectral component of an optical carrier so that the modulated component or the modulated components have defined coherence properties or autocorrelation properties.
20. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Detektion einer Komponente des einfallenden Lichts, welche eine vordefinierte spektrale Signatur aufweist.20. Use of a device according to one of claims 1 to 12 for the detection of a component of the incident light which has a predefined spectral signature.
21. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Erzeugung oder zur Modulation mindestens einer spektralen Komponente eines optischen Trägers so, daß die spektrale Komponente bzw. die modulierte Komponente bzw. die modulierten Komponenten eine definierte spektrale Signatur aufweisen.21. Use of a device according to one of claims 1 to 12 for generating or modulating at least one spectral component of an optical carrier so that the spectral component or the modulated component or the modulated components have a defined spectral signature.
22. Code Division Multiplexing Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung verschiedener Informationskanäle im gleichen Übertragungsmedium unter Verwendung von spektralen Signaturen gemäß Anspruch 20 oder 21 als Code. 22. Code division multiplexing method for the simultaneous transmission of different information channels in the same transmission medium using spectral signatures according to claim 20 or 21 as code.
23. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer spektralen Signatur gemäß Anspruch 20 oder 21 für ein Code Division Multi- plexing Verfahren gemäß Anspruch 22.23. Use of a device according to one of claims 1 to 12 and a spectral signature according to claim 20 or 21 for a code division multiplexing method according to claim 22.
24. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer spektralen Signatur gemäß Anspruch 20 oder 21 zur verschleierten oder kryptographischen Übertragung von Information.24. Use of a device according to one of claims 1 to 12 and a spectral signature according to claim 20 or 21 for the veiled or cryptographic transmission of information.
25. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer Modulationsart gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 21 zur verschleierten oder kryptographischen Übertragung von Information.25. Use of a device according to one of claims 1 to 12 and a type of modulation according to one or more of claims 16 to 21 for the veiled or cryptographic transmission of information.
26. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer Modulationsart gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 21 zur Verschleierung von optischen Messverfahren.26. Use of a device according to one of claims 1 to 12 and a type of modulation according to one or more of claims 16 to 21 for concealing optical measurement methods.
27. Verfahren zur Bestimmung des optischen Spektrums oder spektraler Signaturen von in eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 einfallendem Licht, gekennzeichnet durch folgende Schritte:27. A method for determining the optical spectrum or spectral signatures of light incident in a device according to one of claims 1 to 12, characterized by the following steps:
a) Erfassen der am Detektor gemessenen Lichtintensität für verschiedene relative Phasenlagen der interferierenden Teilstrahlen und/oder für verschiedene Winkel, unter welchen dieTeilstrahlen interferieren;a) detecting the light intensity measured at the detector for different relative phase positions of the interfering partial beams and / or for different angles at which the partial beams interfere;
b) Berechnen des optischen Spektrums aus den in Schritt a) gemessenen Lichtintensitäten.b) Calculating the optical spectrum from the light intensities measured in step a).
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des optischen Spektrums aus den in Schritt a) gemessenen Lichtintensitäten eine Korrelation oder Dekonvolution mit der spektralen Transferfunktion der Vorrichtung umfaßt. 28. The method according to claim 27, characterized in that the calculation of the optical spectrum from the light intensities measured in step a) comprises a correlation or deconvolution with the spectral transfer function of the device.
29. Verfahren nach Anspruch 27 und/oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Transferfunktion bzw. die Transferfunktionen der Vorrichtung unter Verwendung mindestens einer Lichtquelle mit bekanntem optischem Spektrum durch Messung bestimmt wird.29. The method according to claim 27 and / or 28, characterized in that the spectral transfer function or the transfer functions of the device is determined by measurement using at least one light source with a known optical spectrum.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der spektrale Transferfunktion bzw. der Transferfunktionen der Vorrichtung bei unterschiedlichen relativen Phasenlagen der zur Interferenz beitragenden Teilstrahlen bestimmt wird. 30. The method according to claim 29, characterized in that the measurement of the spectral transfer function or the transfer functions of the device is determined at different relative phase positions of the partial beams contributing to the interference.
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